核主泵用自循环油泵与油机械密封性能的试验装置的制作方法

背景技术：
反应堆冷却剂泵供油系统是反应堆冷却剂泵结构中重要的核心组成部分，直接关系核主泵在核电站中能否安全、可靠运行。反应堆冷却剂泵运转时需要一套供油系统来完成润滑和冷却。这套供油系统由安装在核主泵上的油叶轮27与油导叶28、油机械密封组件29、油冷却器41、油池42等组成，如图5所示。主泵正常运转时，油叶轮27与油导叶28组件即成为自循环油泵，使轴承体39内润滑油达到一定流量和压力，将润滑油输入双向推力轴承38、上油导轴承40内，旋转部件润滑过的高温油进入到油冷却器41冷却后返回到油池42，油叶轮27将压力油经油导叶28送回双向推力轴承38、上油导径向轴承40内，如此循环往复润滑冷却形成自循环。由此可见油叶轮27与油导叶28组件在主泵运转供油系统中起着至关重要的作用。

由于该项目为国内首台自主设计研发，油叶轮27与油导叶28组件一直由国外进口，国内无厂家掌握该项技术。已投产运行国外制造的核主泵双向推力轴承瓦温一直偏高，为了设法解决瓦温较高问题，考虑通过增大润滑油输出油量来解决，因此选用三种不同直径油叶轮27，按1：1制造，在同一试验装置上分别进行试验，检测三种油叶轮27的工作性能和技术参数，再分析比较，选取其中最优的一组作为双向推力轴承38配套部件用于主泵上。即在正常工况下，与已公开的双向推力轴承38所需的实际工况下的压力流量数值比对判定是否满足技术要求，确定未知部件油叶轮27叶片外轮廓的结构尺寸。此为自循环油泵及油机械密封29样机性能试验装置试验目的之一。

油叶轮27与油导叶28组件为双向推力轴承重要的供油自循环油泵，而油机械密封29是阻止润滑油自循环油泵运转时泄漏、保障主泵滑油系统正常可靠地运行。油机械密封组件29位于双向推力轴承38中，处于油叶轮27与油导叶28下方，其密封性能好坏、泄漏量是否在设计允许范围内，直接关系到滑油系统能否正常工作，核主泵能否安全运行。参与试验的油机械密封29是产品样机，为国内自主研发项目，还没有参与核主泵运行的业绩，为此，该自循环油泵及油机械密封29性能试验装置另一试验的重要目的是油机械密封29产品样机与油叶轮27与油导叶28模拟真机的实际工况，检测油机械密封29产品样机的密封性能是否符合设计要求，

提供有力充分的试验和产品设计依据。

技术实现要素：
本发明的目的是提供了一种核主泵用自循环油泵与油机械密封性能的试验装置，通过试验装置检测润滑油自循环油泵的性能和技术参数，确定自循环油泵油叶轮叶片外轮廓结构尺寸并作为设计依据，验证油机械密封组件产品样机是否满足泄漏量的要求，确保核主泵设计完整、运行安全可靠。本发明的技术方案是：一种核主泵用自循环油泵与油机械密封性能的试验装置，电动机26固定在底座15上，第二皮带轮24与电动机的轴头43连接，第一皮带轮21固定到主轴套筒10上，第一皮带轮24、第二皮带轮21外部均设置皮带罩22，皮带罩22固定在上盖8上，第一皮带轮21上方设有端盖45，转速仪表插入端盖45的中心孔54；壳体13固定在底座15上，上盖45与壳体13连接形成封闭结构，长套筒9装在主轴套筒10内，主轴套筒10由两副大小不同、同类型的第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19支承和固定在心轴47上，第一挡环2装在第一对圆锥滚子轴承3上部，第二挡环5装在第一对圆锥小滚子轴承3下部，第一挡环2上两个细牙薄螺帽46压装在第一对圆锥滚子轴承3上，将心轴47、长套筒9锁紧，油机械密封组件29位于油叶轮27下部，油机械密封组件29由八个压缩弹簧支承放置在导环11内，油导叶28固定在导环11上，导环11与壳体13的内法兰连接，下端盖16固定到主轴套筒10下端部，下端盖16与主轴套筒10连接螺栓分布圆上同时布置了八组上下重叠在一起的调整螺钉12,试验装置腔体分为第一腔室52和第二腔室53，壳壁上设置进油口51和出油口50，旋转部件主轴套筒10与固定件上盖8之间采用旋转轴唇形密封圈6密封，底座上有一个出油口50，连接出油管35，作为收集测量油机械密封样机泄漏油量的一个通道。

本发明的工作原理为：

自循环油泵及油机械密封样机试验装置的结构是由壳体通过螺栓固定在底座上，心轴通过螺栓与底座把合，上盖用螺栓与壳体把合形成封闭结构。主要部件心轴由两副圆锥滚子轴承支承，主轴套筒上的油叶轮、油机械密封的动环、圆环等部件组成转动部分，电动机转速为1440r/min、输出7.5kw功率，由第一皮带轮经两根皮带传送到第二皮带轮，实现增速工作，使主轴套筒转速提升到1490r/min，即与核主泵相同的转速。油叶轮、油导叶运行工况与真机相同，取得压力、润滑油流量数据的测试，同时检测获取油机械密封产品样机泄漏油量的数据。

本发明的技术优点是：

1、采用由电动机26带动第一皮带轮21、第二皮带轮24传递扭矩的设计方案，提升确保了试验装置运行平稳、震动低，试验精度及检测数据准确；

2、电动机26带动第一皮带轮21、第二皮带轮24旋转，再带动转动部分转动。那么转动部分形成整体结构很重要。转动部分是试验装置的核心。要确保高的旋转精度，承载足够的载荷，选用了两副高精度的第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19结构作支承。在主轴套筒10上装有油叶轮27、油导叶28和防止润滑油外溢的油机械密封组件29，当第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19、长套筒9、第一挡环2第二挡环5、锁紧螺帽46、皮带轮21、下端盖16、主轴套筒10等部件分别装入心轴47后，调整第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19的轴向间隙是非常重要的一道工序。首先用螺栓将主轴套筒10和下端盖16把紧，盘车以能转动组装成一体的转动部件适量为宜，再用调整螺钉12顶紧主轴套筒10下端面，这时会产生微量间隙，再拧紧下端盖16上的螺栓，反复几次上述操作，最终达到能够盘车且效果良好时，再用另一组调整螺钉12顶紧在下端盖16上，防止运行时松动。上端采用细牙螺纹的双层锁紧螺帽46锁紧，将转动部分安全稳定地固定为一体，同时使用测量仪表检测轴向和径向跳动，达到符合试验的精度要求；

3、在壳体13侧面有接通润滑油的进油口50和出油口51两个控制油路系统的油管，试验装置处于一个封闭的结构。密封性能好坏直接影响到结构的安全运行的稳定。该试装置目的之一为了测试油叶轮27、油导叶28润滑油压力和流量数值，二为了检测油机械密封29样机泄漏油量数据，所以在油机械密封组件29下方不能有自润滑油流向下腔，以确保油机械密封样机泄漏油量测试数据的准确性。因此，支承心轴47的第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19采用干性黄甘油润滑剂润滑轴承，下端盖16内设毛毡圈18密封阻止黄甘油外溢，以防泄漏。壳体13上端面密封采用旋转轴唇形密封圈6，唇形密封6具有回弹能力很大的唇部，由箍紧弹簧使宽度很窄的唇口径向与轴接触，唇口对轴具有较好的追随补偿性，并以较小的唇口径向力获得良好的密封效果，结构简单，尺寸紧凑，密封性好，价格便宜，检修方便，且对工作环境要求不苛刻；

4、试验装置上设有测试仪表，来测试转动部分转速。在皮带罩22内，第一皮带轮21上端设有上盖45，测试仪表安装在上盖45上端中心。由于上盖45和第一皮带轮21把合在一起，第一皮带轮21通过平键1传递扭矩与主轴套筒10同时转动，这样就可以准确测试转动部件的转速是否与设计要求一致；

5、底座15上的出油口端设有第一垫圈31第二垫圈33密封，管接头32与底座15间采用一个经退火软化处理的铜垫圈31，其良好的材料特性很好地起到密封和连接作用。管接头32也设有一个垫圈33，通过螺帽34将管接头32拧紧密封住出油口。这样将油机械密封样机29的泄漏油经此结构紧凑密封良好的油管道流出腔体外，获取准确数据。

通过该试验装置的试验，确定自循环油泵油叶轮27叶片外轮廓结构尺寸，作为产品制造的设计依据；获取的油机械密封29密封性能、泄漏油流量及自循环油泵润滑油压力与流量等实时数据给核主泵双向推力轴承提供准确有力的技术支持，对降低双向推力轴承瓦温带来一定益处，有利于整个机组安全稳定地运行。

附图说明：

图1第一皮带轮、第二皮带轮俯视图

图2电动机连接图

图3油机械密封出油口连接管图

图4试验装置示意图

图5双向推力轴承装配图

具体实施方式：

如图4所示，一种核主泵用自循环油泵与油机械密封性能的试验装置,壳体13固定在底座15上，心轴47与底座15把合，上盖45与壳体13连接形成封闭结构，主要部件心轴47由第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19支承。主轴套筒10上的油叶轮27、油导叶28、油机械密封组件29在一定转速的电动机26、第一皮带轮21、第二皮带轮24的带动下，通过油路控制系统，完成自循环油泵油叶轮27、油导叶28润滑油的压力、流量数据的测试，同时进行油机械密封29样机泄漏油密封性能的检测。

如图2所示，第二皮带轮24与电动机26固定在底座15上，第二皮带轮24与电动机的轴头43采用过渡配合，通过平键25传递扭矩，并用紧定螺钉44锁紧，电动机26的输出功率由第二皮带轮24传递给第一皮带轮21如图1所示，第一皮带轮将电动机输出功率传递给安装在第一皮带轮21的主轴套筒10上，通过平键1和紧定螺钉4实现，第一皮带轮24、第二皮带轮21外部设置皮带罩22，固定在上盖8上，第一皮带轮21上方设有端盖45，转速仪表插入端盖45上的中心孔54，测试主轴套筒10的实际转速。试验装置结构如图4所示，主轴套筒10通过六角头螺栓49与油叶轮27安装在一起，油机械密封组件29位于油叶轮27下部，由八个压缩弹簧支承放置在导环11内，油导叶28固定在导环11上，导环11与坐落在底座15上的壳体13其内法兰通过螺栓连接成为一体，下端盖16通过内六角头螺栓48固定到主轴套筒10下端部，下端盖16内设毛毡圈18密封圆锥滚子轴承19润滑用的黄甘油，下端盖16与主轴套筒10连接螺栓的分布圆上同时布置了八组上下重叠在一起的调整螺钉12；主轴套筒10和长套筒9由两副大小不同、同类型的第一对圆锥滚子轴承3、第二对圆锥滚子轴承19支承和固定在心轴47上，固定在长套筒9上部的第一对圆锥滚子轴承3上下的第一挡环2、第二挡环5形成第一对圆锥滚子轴承3的润滑油区域，将润滑油隔离在此空间。第一挡环2上两个细牙薄螺帽46压在第一对圆锥滚子轴承3上，将心轴47、长套筒9锁紧，试验装置腔体分为第一腔室52和第二腔室53，壳壁上设置进油口51和出油口50。旋转部件主轴套筒10与固定件上盖之间采用旋转轴唇形密封圈6密封，可防止润滑油外溢，其余所有相对固定部件其配合面均采用o形密封圈密封。底座15上的油机械密封29样机泄漏油的出油如图3所示，连接一个由第一垫圈31、第二垫圈33、接头32、螺帽34等部件组成的出油口连接出油管35，作为收集测量油机械密封样机泄漏油量的一个通道。

双向推力轴承中润滑油自循环油泵已公开技术数据：

压力：2.9bar

流量：6.62kg/s

润滑油：turbinoil透平油viscosity(粘度)32cst

油冷却器冷却之后润滑油的进口温度小于60℃

试验装置转数：n试＝1490r/min驱动电机功率：p＝7.5kw

驱动电机转速：n电机＝1440r/min

电动机皮带轮i直径φ250mm

一、计算部分：

1.皮带轮设计型号确定

电动机速比i＝n试/n电机1490/1440＝1.0347

主体皮带轮直径＝250i＝260mm

皮带轮型号：由v＝19.5m/s确定选取2根皮带

选取两皮带轮中心距l中心距＝600mm

2.三种不同规格的油叶轮分别计算数值如下表：

二、实施方式说明：测试主泵用自循环油泵与油机械密封样机性能的试验装置，由一台电动机26经一对带有增速比为1.0347:1的第一皮带轮21、第二皮带轮24带动，使该试验装置获得与真机一样的转速(n＝1490r/min)如图1所示。试验装置主体上的第一皮带轮21上端面和电动机上的第二皮带轮24上端面与底座15上端面距离要求一致，要保证在同一水平面内做功。

润滑油经输油管从进油口输入试验装置壳体13的上腔部分。当电动机26输出功率，第一皮带轮21带动试验装置运行时，上部的润滑油会被油叶轮27的两条类似螺旋线的叶轮曲面把油压向下部如图5所示，并使下部油腔内形成2.9bar压力区，同时产生6.62kg/s的油量，经下腔出油口50的出油管道输出。在出油口处的管道上装有测试压力和流量的仪表以及控制系统，由此来分别测试三种不同规格油叶轮27的工作性能和技术参数，最终确定未知油叶轮27叶片外轮廓的结构尺寸。

壳体13密封腔内的泄漏油，经底座15上的出油口50流到密闭腔体外用容器收集，采用量杯测量泄漏油量，与油机械密封29产品样机自主研发试验时的数据进行比对，判定是否满足要求。

本发明核主泵自循环油泵及油机械密封样机试验装置，同时取得两种性能试验的结果，结构设计紧凑，理念创新先进，试验数据真实可靠，维护成本较低，为核主泵部件国产化提供准确的科学依据，也为今后核主泵进一步优化设计提供了有力可靠的数据储备。